CN116198128A - 一种全息3d打印机及3d打印方法 - Google Patents

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黄宇洋
赵永杰
李灏楠
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Abstract

本发明提供一种全息3D打印机及3D打印方法，全息3D打印机包括：机架，机架内设有安装空间；导轨，导轨与机架固定连接，且导轨设置于安装空间；投影系统，投影系统与导轨固定连接；旋转平台，旋转平台与导轨固定连接，且旋转平台可相对导轨旋转；聚焦镜，聚焦镜与导轨固定连接，聚焦镜夹设于投影系统与旋转平台之间；成像瓶，成像瓶固定设置于旋转平台；其中，投影系统、聚焦镜与旋转平台位于同一朝向，且投影系统、聚焦镜与旋转平台位于同一直线。

Description

一种全息3D打印机及3D打印方法
技术领域
本发明涉及打印技术领域，具体而言，涉及一种全息3D打印机及3D打印方法。
背景技术
随着打印技术的发展，3D打印技术已经逐渐进入人们的视野，其中3D打印又称为增材制造技术，也称为快速成型和自由形式制造，能够沉积、连接或固化材料，以从计算机辅助设计模型构建物理对象。与传统制造方法(如减材制造和成型制造)相比，增材制造系统在高产量生产中表现出更高的效率和灵活性，并为零件和材料的设计和加工提供了新的视角。
然而，现有的3D打印技术采用逐层或逐点打印的方式，并不能实现真正的以体为单位的三维结构的制造，所以打印速度受到很大限制。同时，通过逐点、逐面形成方式打印悬浮结构时，由于打印点或面的顺序问题，必须在打印时添加支撑结构，完成后拆除支撑结构，往往需要进行物理冲洗和打磨等工序，导致印刷精度降低，尤其在打印高精度的结构时。
由此可见，如何提高3D打印的精度成为了亟需解决的问题。
发明内容
本发明解决的问题是如何提高3D打印的精度成为了亟需解决的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种全息3D打印机，包括：机架，机架内设有安装空间；导轨，导轨与机架固定连接，且导轨设置于安装空间；投影系统，投影系统与导轨固定连接；旋转平台，旋转平台与导轨固定连接，且旋转平台可相对导轨旋转；聚焦镜，聚焦镜与导轨固定连接，聚焦镜夹设于投影系统与旋转平台之间；成像瓶，成像瓶固定设置于旋转平台；其中，投影系统、聚焦镜与旋转平台位于同一朝向，且投影系统、聚焦镜与旋转平台位于同一直线。
与现有技术相比，本方案所能达到的效果：本实施例中的全息3D打印机通过连续定向照射旋转树脂体积，使整个打印体能够同时生成。通过一种新的用于体积打印的切片算法，将任意几何图形表示为一组整体投影，围绕成像瓶旋转轴固定的间断角度，对透明树脂投影曝光，其中这些投影的累积曝光量使树脂固化并形成目标几何体，从而实现提高打印精度的效果。
在本发明的一个实施例中，全息3D打印机还包括：步进电机，步进电机与旋转平台连接，且步进电机用于驱动旋转平台转动。
与现有技术相比，本方案所能到达的效果：通过步进电机单独控制旋转平台的旋转，从而实现高精度的旋转平台转动角度的调整。
在本发明的一个实施例中，全息3D打印机还包括：光机，光机与投影系统固定连接。
与现有技术相比，本方案所能到达的效果：光机可以根据旋转平台转动的角速度依次投影出对应角度的切片图像，实现精准地投影效果。
在本发明的一个实施例中，提供一种3D打印方法，3D打印方法用于如上述实施例中任意一项的全息3D打印机，3D打印方法包括：建立目标打印零件的三维模型，进行切片处理，得到各个角度的切片图像文件；向成像瓶中倒入所需的透明树脂材料；调校设备；获得切片图像。
与现有技术相比，本方案所能到达的效果：通过本方法能够实现较高质量的打印效果。
在本发明的一个实施例中，获得切片图像之后，还包括：将切片图像静置一段时间；将固化成型的部分树脂取出，放入超声波清洗器中；清洗完成后将部分树脂放入干燥箱进行干燥。
与现有技术相比，本方案所能到达的效果：能够获得完整的、更高精度的、更为清晰的切片图像。
在本发明的一个实施例中，调校设备包括：调平光机、聚焦镜以及旋转平台，使光机投影的图像聚焦在成像瓶。
与现有技术相比，本方案所能到达的效果：通过调校设备从而获得更高的打印精度。
在本发明的一个实施例中，获得切片图像包括：启动旋转平台；待成像瓶按照指定的角速度匀速旋转后，启动投影系统；光机根据角速度依次投影出对应角度的切片图像。
与现有技术相比，本方案所能到达的效果：本方法证明了以体为单位的全息3D打印相对于传统逐层系统的根本优势，不仅打印时间大大减少，而且具有更稳健和可预测的机械性能，以提高了打印精度。
附图说明
图1为全息3D打印机的整体结构示意图；
图2为导轨、投影系统、聚焦镜和旋转平台的结构示意图；
图3为旋转平台和成像瓶的结构示意图；
附图标记说明：
1、机架；2、投影系统；3、聚焦镜；4、旋转平台；5、成像瓶；6、导轨；7、光机；8、步进电机；9、压块。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，对本发明的具体实施例做详细的说明。
参见图1至图3，本实施例提供一种全息3D打印机，包括：机架1，机架1内设有安装空间；导轨6，导轨6与机架1固定连接，且导轨6设置于安装空间；投影系统2，投影系统2与导轨6固定连接；旋转平台4，旋转平台4与导轨6固定连接，且旋转平台4可相对导轨6旋转；聚焦镜3，聚焦镜3与导轨6固定连接，聚焦镜3夹设于投影系统2与旋转平台4之间；成像瓶5，成像瓶5固定设置于旋转平台4；其中，投影系统2、聚焦镜3与旋转平台4位于同一朝向，且投影系统2、聚焦镜3与旋转平台4位于同一直线。
其中，息3D打印机还包括：步进电机8，步进电机8与旋转平台4连接，且步进电机8用于驱动旋转平台4转动。
全息3D打印机还包括：光机7，光机7与投影系统2固定连接。
其中，本实施例中的全息3D打印机还包括上位机控制系统，固定连接在所述机架1上；直流电源，固定连接在所述机架1上；控制旋转平台4的转动、控制光机7投影的图像均被集成在同一上位机中。
本实施例中的全息3D打印机通过连续定向照射旋转树脂体积，使整个打印体能够同时生成。通过一种新的用于体积打印的切片算法，将任意几何图形表示为一组整体投影，围绕成像瓶5旋转轴固定的间断角度，对透明树脂投影曝光，其中这些投影的累积曝光量使树脂固化并形成目标几何体。经过测试，本实施例中的全息3D打印机能够在30-120秒的量级上完成厘米级几何体的打印。
进一步地，提供一种3D打印方法，3D打印方法用于如上述实施例中任意一项的全息3D打印机，3D打印方法包括：建立目标打印零件的三维模型，进行切片处理，得到各个角度的切片图像文件；向成像瓶5中倒入所需的透明树脂材料；调校设备；获得切片图像。
获得切片图像之后，还包括：将切片图像静置一段时间；将固化成型的部分树脂取出，放入超声波清洗器中；清洗完成后将部分树脂放入干燥箱进行干燥。
调校设备包括：调平光机7、聚焦镜3以及旋转平台4，使光机7投影的图像聚焦在成像瓶5。
获得切片图像包括：启动旋转平台4；待成像瓶5按照指定的角速度匀速旋转后，启动投影系统2；光机7根据角速度依次投影出对应角度的切片图像。
其中，需要说明的是，本实施例中所提出的全息3D打印机及打印方法不通过逐层方法生成几何体，而是以围绕其旋转轴固定的间断角度，对透明树脂投影曝光，其中这些投影的累积曝光量表示目标几何体。这种方法证明了以体为单位的全息3D打印相对于传统逐层系统的根本优势，不仅打印时间大大减少，而且具有更稳健和可预测的机械性能，以提高了打印精度。由于所提出的方法避免了层的使用，即增材制造的固有缺点，因此该过程中的部件表现出各向同性，从而提高了增材制造产品的可预测性和性能。此外，全息3D打印能够在没有复杂和浪费的支撑材料的情况下生成传统增材制造工艺中不可用的几何图形，例如陡峭的悬臂。
其中，结合上述实施例中的全息3D打印机对实际操作做出说明解释：本实施例提供的一种全息3D打印机，该全息3D打印机包括：机架1、导轨6、投影系统2、聚焦镜3、旋转平台4、成像瓶5、光机7与步进电机8；所述导轨6固定连接在所述机架1上；所述投影系统2固定连接在所述导轨6上；所述聚焦镜3固定连接在所述导轨6上；所述旋转平台4固定连接在所述导轨6上；所述成像瓶5通过压块9固定连接在所述旋转平台4上；所述光机7，固定连接在所述投影系统2上；所述步进电机8，固定连接在所述旋转平台4。
打印时，首先需要建立目标打印零件的三维模型，进行切片处理，得到各个角度的切片图像文件；然后向成像瓶5中倒入所需的透明树脂材料；其次，需要调平光机7、聚焦镜3以及旋转平台4，使光机7投影的图像聚焦在成像瓶5中，其具体为：将旋转平台4调节至水平的状态，使得成像瓶5底面或者旋转平台4的旋转面与导轨6保持平行，然后调节光机7的焦距和聚焦镜3，使光机7照射出的光经过聚焦镜3后平行于导轨6射入成像瓶5中；完成调平后，连接旋转平台4的步进电机8开始转动，待成像瓶5按照指定的角速度匀速旋转后，光机7开始根据角速度依次投影出对应角度的切片图像；经过一段时间的曝光后，成像瓶5中的部分树脂固化成型，先倒出成像瓶5中残余的液体树脂，然后取出成型的树脂模型，放入盛有清洗液的超声波清洗器中清洗一段时间，随后放入干燥箱干燥，至此完成模型的全部打印流程。其中，需要注意的是，经过曝光的残余液体树脂，由于性能已经发生改变，所以不能被用在之后的打印。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (7)

1.一种全息3D打印机，其特征在于，包括：
机架，所述机架内设有安装空间；
导轨，所述导轨与所述机架固定连接，且所述导轨设置于所述安装空间；
投影系统，所述投影系统与所述导轨固定连接；
旋转平台，所述旋转平台与所述导轨固定连接，且所述旋转平台可相对所述导轨旋转；
聚焦镜，所述聚焦镜与所述导轨固定连接，所述聚焦镜夹设于所述投影系统与所述旋转平台之间；
成像瓶，所述成像瓶固定设置于所述旋转平台；
其中，所述投影系统、所述聚焦镜与所述旋转平台位于同一朝向，且所述所述投影系统、所述聚焦镜与所述旋转平台位于同一直线。
2.根据权利要求1所述的全息3D打印机，其特征在于，还包括：
步进电机，所述步进电机与所述旋转平台连接，且所述步进电机用于驱动所述旋转平台转动。
3.根据权利要求1所述的全息3D打印机，其特征在于，还包括：
光机，所述光机与所述投影系统固定连接。
4.一种3D打印方法，其特征在于，所述3D打印方法用于如权利要求1-3中任意一项所述的全息3D打印机，所述3D打印方法包括：
建立目标打印零件的三维模型，进行切片处理，得到各个角度的切片图像文件；
向成像瓶中倒入所需的透明树脂材料；
调校设备；
获得切片图像。
5.根据权利要求4所述的3D打印方法，其特征在于，所述获得切片图像之后，还包括：
将所述切片图像静置一段时间；
将固化成型的部分树脂取出，放入超声波清洗器中；
清洗完成后将所述部分树脂放入干燥箱进行干燥。
6.根据权利要求4所述的3D打印方法，其特征在于，所述调校设备包括：
调平光机、聚焦镜以及旋转平台，使光机投影的图像聚焦在成像瓶。
7.根据权利要求4所述的3D打印方法，其特征在于，所述获得切片图像包括：
启动旋转平台；
待成像瓶按照指定的角速度匀速旋转后，启动投影系统；
光机根据角速度依次投影出对应角度的所述
7切片图像。
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